長州藩周防国（すおうのくに）に農民の子として生まれました。幼い頃は貧しく、親が出稼ぎに行っており、一人っ子の博文は母の実家に預けられました。
萩に移り住み一家で暮らし始めると、寺に読み書きを習いに行きました。父が伊藤家の養子となり、博文も足軽の身分になりました。
1856年、15歳のときに藩命で浦賀の警備につきますが、その翌年には長州に戻り、吉田松陰（よしだしょういん）の松下村塾に入ります。松下村塾では高杉晋作（たかすぎしんさく）らと学びました。18歳のときには、桂小五郎（かつらこごろう）の従者となって江戸に行き、尊王攘夷運動（そんのうじょういうんどう）に参加します。

1863年、22歳のとき、長州藩による留学生として、井上馨（いのうえかおる）らと上海経由で4か月かけてイギリスに向かいました。ロンドンでは、一生懸命英語を学び、数か月のうちに、日常会話もでき、手紙も書けるようになりました。上海やイギリスを見て、外国と戦争しても日本は勝てないと思っていたところに、長州藩が外国船を砲撃したことを知り、慌てて帰国します。長州藩と外国との戦争をやめさせようと思ったのです。しかし、結局イギリス、フランス、アメリカ、オランダの四国連合艦隊（しこくれんごうかんたい）は下関を攻撃し、長州藩は敗北します（四国連合艦隊下関砲撃事件（しこくれんごうかんたいしものせきほうげきじけん））（下関事件）。この講和の際は通訳を務めました。

明治新政府でも英語力を評価され、外国事務掛に就きました。1871年、30歳のとき、岩倉使節団（いわくらしせつだん）の副使として欧米諸国を視察しました。
ヨーロッパで各国の憲法を調べ、ドイツ（プロイセン）の憲法を手本にした憲法草案を作ろうと思い至ります。1885年（44歳のとき）に初代内閣総理大臣となった後、横須賀の夏島の別荘で三か月かけて案を練り、明治天皇（めいじてんのう）も臨席した枢密院（すうみついん）で半年かけて審議しながら仕上げていきました。